材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)第一章緒論

1、材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)FUNDAMENTALS OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING李愛菊李愛菊 博士博士 副教授副教授北京北京 清華大學(xué)、北京航空航天大學(xué)清華大學(xué)、北京航空航天大學(xué) 、北京理工大學(xué)、北京理工大學(xué)、 北京科北京科技大學(xué)技大學(xué) 、中國地質(zhì)大學(xué)、中國石油大學(xué)（北京）、中國地質(zhì)大學(xué)、中國石油大學(xué)（北京）、 華北華北電力大學(xué)電力大學(xué)(北京北京) 、北京工業(yè)大學(xué)、北京化工大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)、北京化工大學(xué)、 北京北京聯(lián)合大學(xué)聯(lián)合大學(xué) 全國擁有全國擁有“材料科學(xué)與工程材料科學(xué)與工程”專業(yè)的大學(xué)專業(yè)的大學(xué)上海上海 同濟(jì)大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、 上海大學(xué)

2、上海大學(xué) 、上海工程技術(shù)大學(xué)、上海工程技術(shù)大學(xué) 廣東廣東 華南理工大學(xué)、暨南大學(xué)、廣東工業(yè)大學(xué)、深圳大學(xué)華南理工大學(xué)、暨南大學(xué)、廣東工業(yè)大學(xué)、深圳大學(xué) 目錄目錄第四章第四章 材料的性能材料的性能 (Material Properties)第三章第三章 材料組成和結(jié)構(gòu)材料組成和結(jié)構(gòu) (Compositions and Structures of Materials )第二章第二章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ) (Structure of Matter)第一章第一章 緒論緒論 (Introduction)第五章第五章 材料的制備和成型加工材料的制備和成型加工 (Preparation and Manu

3、facturing of Materials)課程安排：課程安排：必修課，必修課，6464學(xué)時。學(xué)時。 考核成績：考核成績：平時成績平時成績+期中考試期中考試+期期末末考試?？荚?。 第一章第一章 緒緒 論論Chapter 1 Introduction What is Materials Classification of Materials What is Materials Science What is Materials Engineering Importance of Materials on Progress of human History and Modern Science

4、and Technology Objective and Methods of Learning this Course1-1 材料的定義和分類材料的定義和分類1-2 材料科學(xué)與工程概述材料科學(xué)與工程概述1-3 本課程的內(nèi)容和學(xué)習(xí)方法本課程的內(nèi)容和學(xué)習(xí)方法第一章內(nèi)容第一章內(nèi)容 我們的周圍到處都是材料我們的周圍到處都是材料 我們的衣食住行的必備條件我們的衣食住行的必備條件 人類一切生活和生產(chǎn)活動的物質(zhì)基礎(chǔ)人類一切生活和生產(chǎn)活動的物質(zhì)基礎(chǔ) 先于人類存在，并且與人類的出現(xiàn)和進(jìn)化有著先于人類存在，并且與人類的出現(xiàn)和進(jìn)化有著密切的聯(lián)系。密切的聯(lián)系。 1-1 1-1 材料的定義和分類材料的定義和分類1-1

5、-1 定義定義1. 材料材料 Materials(Definition and Classification) 陶瓷藝術(shù)品陶瓷藝術(shù)結(jié)束動畫圖片結(jié)束動畫圖片玻璃瓶玻璃瓶門門窗窗玻玻璃璃搪瓷茶壺搪瓷茶壺天然花崗巖天然花崗巖景泰藍(lán)工藝景泰藍(lán)工藝 藍(lán)地虎頭魚缸藍(lán)地虎頭魚缸填補(bǔ)齲齒的新材填補(bǔ)齲齒的新材料料新型陶瓷新型陶瓷中國古代陶器中國古代陶器秦秦始始皇皇兵兵馬馬俑俑琉琉 璃璃 瓦瓦鈦結(jié)構(gòu)自行車：鈦合金的應(yīng)用場合非常特鈦結(jié)構(gòu)自行車：鈦合金的應(yīng)用場合非常特殊，一般用于需要抗腐蝕、耐疲勞、高彈殊，一般用于需要抗腐蝕、耐疲勞、高彈性的場合。性的場合。新型輪胎新型輪胎塑塑料料布布塑塑料料薄薄膜膜塑料模仁塑料模仁

6、特種工程塑料特種工程塑料特種高聚物材料特種高聚物材料合成纖維合成纖維合成橡膠輪胎合成橡膠輪胎塑料的應(yīng)用塑料的應(yīng)用塑塑 鋼鋼 窗窗塑料的應(yīng)用塑料的應(yīng)用不銹鋼餐具不銹鋼餐具Golf stick破破粉粉碎碎設(shè)設(shè)備備地鐵列車地鐵列車吸吸音音吊吊頂頂電力陶瓷電力陶瓷鋼 塔汽車與高速公路飛機(jī)飛機(jī)原始形狀原始形狀拉直拉直加熱后恢復(fù)加熱后恢復(fù)形狀記憶合金形狀記憶合金原始形狀原始形狀折成球形裝折成球形裝入登月艙入登月艙太陽能加熱后太陽能加熱后循環(huán)體系循環(huán)體系人類使用材料是一巨大的、全球性的、時空無限的人類使用材料是一巨大的、全球性的、時空無限的去動畫圖片開始去動畫圖片開始 什么是材料？具體地說，材料是用什么是材

7、料？具體地說，材料是用來制造各種產(chǎn)品的物質(zhì)，這些物質(zhì)用來來制造各種產(chǎn)品的物質(zhì)，這些物質(zhì)用來生產(chǎn)和構(gòu)成功能更多、更強(qiáng)大的產(chǎn)品。生產(chǎn)和構(gòu)成功能更多、更強(qiáng)大的產(chǎn)品。金屬、陶瓷、玻璃、半導(dǎo)體、超導(dǎo)體、金屬、陶瓷、玻璃、半導(dǎo)體、超導(dǎo)體、塑料、橡膠、纖維、砂子、石塊，還有塑料、橡膠、纖維、砂子、石塊，還有許多復(fù)合材料都屬于材料的范疇。許多復(fù)合材料都屬于材料的范疇。礦物燃料、空氣和水，是否是材料？礦物燃料、空氣和水，是否是材料？材料的定義材料的定義Material：材料科學(xué)：材料科學(xué) （工科）（工科） 物質(zhì)科學(xué)物質(zhì)科學(xué) （理科）（理科） 材料是指具有滿足指定工作條件下使材料是指具有滿足指定工作條件下使用要求

8、的形態(tài)和物理性狀的物質(zhì)。用要求的形態(tài)和物理性狀的物質(zhì)。其它定義其它定義 Webster編者編者“New International Dictionary（1971年）年）”中關(guān)于材料（中關(guān)于材料（Materials）的定義為：材料是指用來制造某些）的定義為：材料是指用來制造某些有形物體（如：機(jī)械、工具、建材、織物等的整體或部分）有形物體（如：機(jī)械、工具、建材、織物等的整體或部分）的基本物質(zhì)（如金屬、木料、塑料、纖維等）的基本物質(zhì)（如金屬、木料、塑料、纖維等） 邁爾邁爾新百科全書新百科全書中材料的含義：材料是從原材料中取中材料的含義：材料是從原材料中取得的，為生產(chǎn)半成品、工件、部件和成品的初始物

9、料，如金得的，為生產(chǎn)半成品、工件、部件和成品的初始物料，如金屬、石塊、木料、皮革、塑料、紙、天然纖維和化學(xué)纖維等屬、石塊、木料、皮革、塑料、紙、天然纖維和化學(xué)纖維等等。等。2. 原料（原料（Raw Materials） 由原料到材料。由原料到材料。 原料一般不是為獲得產(chǎn)品，而是生產(chǎn)材料，原料一般不是為獲得產(chǎn)品，而是生產(chǎn)材料， 往往伴隨化學(xué)變化。往往伴隨化學(xué)變化。 材料的特點(diǎn)往往是為獲得產(chǎn)品，一般從材料材料的特點(diǎn)往往是為獲得產(chǎn)品，一般從材料 到產(chǎn)品的轉(zhuǎn)變過程不發(fā)生化學(xué)變化。到產(chǎn)品的轉(zhuǎn)變過程不發(fā)生化學(xué)變化。原料與材料原料與材料3.材料與物質(zhì)材料與物質(zhì)(Materials and Matter) 材

10、料材料可由一種或可由一種或多種物質(zhì)多種物質(zhì)組成。組成。 同一物質(zhì)同一物質(zhì)由于制備方法或加工方法不同由于制備方法或加工方法不同可以得到用途各異、類型可以得到用途各異、類型不同的材料不同的材料。材料與物質(zhì)材料與物質(zhì)類別類別1-1-2類別類別 classifications 材料可以根據(jù)化學(xué)組成、狀態(tài)、作用和使用材料可以根據(jù)化學(xué)組成、狀態(tài)、作用和使用領(lǐng)域分類。領(lǐng)域分類?；瘜W(xué)組成分類化學(xué)組成分類components狀態(tài)分類狀態(tài)分類state金屬材料金屬材料無機(jī)非金屬材料無機(jī)非金屬材料有機(jī)高分子材料有機(jī)高分子材料氣態(tài)氣態(tài)固態(tài)固態(tài)液態(tài)液態(tài)單晶單晶多晶多晶復(fù)晶復(fù)晶非晶非晶作用分類作用分類Function功能

11、材料功能材料結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)(工程工程)材料材料應(yīng)用領(lǐng)域分類應(yīng)用領(lǐng)域分類Application建筑建筑電子電子醫(yī)用醫(yī)用儀表儀表包裝包裝耐火耐火能源等等能源等等金屬材料金屬材料u金屬材料分為黑色金屬材料和有色金屬材金屬材料分為黑色金屬材料和有色金屬材料兩類。料兩類。u黑色金屬材料包括鋼、鑄鐵和鐵合金。黑色金屬材料包括鋼、鑄鐵和鐵合金。u有色金屬是指除鐵以外的其它金屬及其合有色金屬是指除鐵以外的其它金屬及其合金。金。(1) 黑色金屬材料黑色金屬材料鋼鋼Steel化學(xué)成分化學(xué)成分碳素鋼、合金鋼碳素鋼、合金鋼品質(zhì)品質(zhì)普通、優(yōu)質(zhì)、高級優(yōu)質(zhì)鋼普通、優(yōu)質(zhì)、高級優(yōu)質(zhì)鋼金相組織或組織結(jié)構(gòu)金相組織或組織結(jié)構(gòu)珠光體、貝氏體

12、珠光體、貝氏體、馬氏體和奧氏體馬氏體和奧氏體用途用途建筑工程、結(jié)構(gòu)、工具、特殊性建筑工程、結(jié)構(gòu)、工具、特殊性能、專業(yè)用鋼能、專業(yè)用鋼冶煉方法冶煉方法平爐、轉(zhuǎn)爐、電爐、沸騰爐鋼平爐、轉(zhuǎn)爐、電爐、沸騰爐鋼鑄鐵鑄鐵灰鑄鐵灰鑄鐵可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵球墨鑄鐵球墨鑄鐵蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵特殊性能鑄鐵特殊性能鑄鐵(2) (2) 有色金屬有色金屬五大類五大類 輕金屬輕金屬 （4.5g/cm24.58/cm2) (4.58/cm2) 銅、鎳、鉛、鋅銅、鎳、鉛、鋅 貴金屬貴金屬 金、銀、鉑、銠金、銀、鉑、銠 類金屬（半）類金屬（半） 硅、硒、紳、硼硅、硒、紳、硼 稀有金屬稀有金屬 鈦、鋰、鎢、鉬、鐳鈦、鋰、鎢、鉬、鐳 常

13、用的稀有金屬材料有：常用的稀有金屬材料有：AlAl、Cu Cu 、ZnZn、 SnSn、 PbPb、 MgMg、 NiNi(3) (3) 基本特性基本特性 Principal PropertiesPrincipal Properties a. a. 金屬鍵，常規(guī)法生產(chǎn)的為晶體結(jié)構(gòu)；金屬鍵，常規(guī)法生產(chǎn)的為晶體結(jié)構(gòu)； b.b. 常溫下固體熔點(diǎn)較高；常溫下固體熔點(diǎn)較高； c.c. 金屬光澤；金屬光澤； d.d. 純金屬范性大，展性、延性大；純金屬范性大，展性、延性大； e.e. 強(qiáng)度較高；強(qiáng)度較高； f.f. 導(dǎo)熱、導(dǎo)電性好；導(dǎo)熱、導(dǎo)電性好； g.g. 空氣中易氧化，如鋼、鐵等生成氧化膜，空氣中易氧

14、化，如鋼、鐵等生成氧化膜， 合金可改性抗氧化性。合金可改性抗氧化性。(4) (4) 用途用途 ApplicationApplication a.a. 結(jié)構(gòu)材料結(jié)構(gòu)材料: :如機(jī)床如機(jī)床, ,建筑機(jī)械設(shè)備、建筑機(jī)械設(shè)備、工程交通工具；工程交通工具； b.b. 導(dǎo)體材料，電線芯（銅）導(dǎo)體材料，電線芯（銅） c.c. 工具工具無機(jī)非金屬材料無機(jī)非金屬材料無機(jī)非金屬材料主要是硅酸鹽材料，包括陶無機(jī)非金屬材料主要是硅酸鹽材料，包括陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料四類。瓷、玻璃、水泥和耐火材料四類。主要原料：天然的硅酸鹽礦物和人工合成的主要原料：天然的硅酸鹽礦物和人工合成的氧化物及其它少數(shù)化合物。氧化物及其它少

15、數(shù)化合物。生產(chǎn)過程：原料處理成型煅燒。生產(chǎn)過程：原料處理成型煅燒。Inorganic nonmetalsInorganic nonmetals(1) (1) 分類分類（按成分，化學(xué)結(jié)構(gòu)和用途分四大類）（按成分，化學(xué)結(jié)構(gòu)和用途分四大類） 混凝土（水泥）混凝土（水泥） 玻璃玻璃 GlassGlass 硅及耐火材料硅及耐火材料 SiliconSilicon 陶瓷（器）陶瓷（器） CeramicsCeramics 傳統(tǒng)陶瓷（天然硅酸鹽礦）：各中粘土燒傳統(tǒng)陶瓷（天然硅酸鹽礦）：各中粘土燒制而成。制而成。 (Silicate Ceramics)(Silicate Ceramics) 特種陶瓷（人工化合物：

16、氧化物、氮化物、硼化物、碳化物）特種陶瓷（人工化合物：氧化物、氮化物、硼化物、碳化物）(2) (2) 基本特性基本特性以陶瓷為例，其它有較大差別以陶瓷為例，其它有較大差別 a.a. 離子鍵、共價鍵及其混合鍵；離子鍵、共價鍵及其混合鍵； b.b. 硬而脆；硬而脆； c.c. 熔點(diǎn)高、耐高溫抗氧化熔點(diǎn)高、耐高溫抗氧化 d.d. 導(dǎo)熱、導(dǎo)電性差；導(dǎo)熱、導(dǎo)電性差； e.e. 耐化學(xué)腐蝕性好；耐化學(xué)腐蝕性好； f.f. 耐磨；耐磨； g.g. 成型方式為粉末制壞、燒制成型成型方式為粉末制壞、燒制成型(3) (3) 用途用途建筑衛(wèi)生陶瓷：瓷磚、浴缸。建筑衛(wèi)生陶瓷：瓷磚、浴缸。工程陶瓷工程陶瓷 工程結(jié)構(gòu)陶瓷

17、：反應(yīng)釜（耐酸、耐腐蝕）工程結(jié)構(gòu)陶瓷：反應(yīng)釜（耐酸、耐腐蝕） 絕緣瓷瓶。絕緣瓷瓶。 功能陶瓷：磁性、導(dǎo)電。功能陶瓷：磁性、導(dǎo)電。高分子化合物是以高分子化合物是以C C、H H、O O、N N等元素等元素為基礎(chǔ)，由許多結(jié)構(gòu)相同的小單元重復(fù)為基礎(chǔ)，由許多結(jié)構(gòu)相同的小單元重復(fù)連接組成的。連接組成的。塑料、橡膠、纖維是使用量最大的三類塑料、橡膠、纖維是使用量最大的三類高分子材料。高分子材料。Polymers, MacromoleculesPolymers, Macromolecules高分子材料高分子材料(1) (1) 分類分類按主鏈結(jié)構(gòu)按主鏈結(jié)構(gòu)Backbone Backbone chainchai

18、n碳鏈碳鏈 C CC CC C雜鏈雜鏈 C CN NC=OC=O；C CO OC C元素元素 SiSi、P P、B B按使用性質(zhì)按使用性質(zhì)塑料塑料 PlasticsPlastics橡膠橡膠 Rubber Rubber 天然、合成天然、合成纖維纖維 Fiber Fiber 天然、合成天然、合成粘合劑粘合劑 AdhesiveAdhesive涂料涂料 CoatingCoating通用塑料、工程塑料通用塑料、工程塑料熱塑性、熱固性熱塑性、熱固性(2) (2) 基本性質(zhì)基本性質(zhì) a. 共價鍵，部分范氏鍵 b. 分子量大，無明顯熔點(diǎn)，有玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg 和粘流溫度Tf； c. 力學(xué)狀態(tài)有三態(tài)：玻璃態(tài)、高

19、彈態(tài)、粘流態(tài) d. 比重小 e. 絕緣性好 f. 優(yōu)越的化學(xué)穩(wěn)定性 g. 成型方法多(3) (3) 用途用途結(jié)構(gòu)材料：電視機(jī)殼體、冰箱殼體、軸承、機(jī)械零件結(jié)構(gòu)材料：電視機(jī)殼體、冰箱殼體、軸承、機(jī)械零件絕緣材料：漆包線、電纜、絕緣版、電器零件絕緣材料：漆包線、電纜、絕緣版、電器零件建筑材料：貼面板、地貼建筑材料：貼面板、地貼包裝材料：塑料袋、薄膜、泡沫塑料包裝材料：塑料袋、薄膜、泡沫塑料涂裝：涂料涂裝：涂料粘合劑：粘合劑粘合劑：粘合劑日用：織物（衣服）膠鞋日用：織物（衣服）膠鞋 運(yùn)輸：輪胎，傳送帶運(yùn)輸：輪胎，傳送帶定義：定義：由兩種以上組分組成，并且具有與其組成由兩種以上組分組成，并且具有與其組

20、成 不同的新的性能的材料不同的新的性能的材料(1) (1) 分類分類 按性能：按性能： 結(jié)構(gòu)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)復(fù)合材料 功能復(fù)合材料功能復(fù)合材料 按增強(qiáng)劑形狀及增強(qiáng)機(jī)理按增強(qiáng)劑形狀及增強(qiáng)機(jī)理： 粒子增強(qiáng)粒子增強(qiáng) 纖維增強(qiáng)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料復(fù)合材料CompositesComposites基體基體 Matrix 增強(qiáng)體增強(qiáng)體 Reinforcement(2) (2) 基本性質(zhì)基本性質(zhì) a. 抗疲勞性能良好；抗疲勞性能良好； b. 結(jié)構(gòu)件減震性好；結(jié)構(gòu)件減震性好； c. 比強(qiáng)度和比量高；比強(qiáng)度和比量高； d. 耐燒能性和耐高溫性能好耐燒能性和耐高溫性能好 e. 具有良好的減摩、耐摩和耐潤滑性能具有良好的減摩

21、、耐摩和耐潤滑性能(3) (3) 用途用途無機(jī)無機(jī)-高分子高分子: 玻璃纖維增強(qiáng)塑料玻璃纖維增強(qiáng)塑料(玻璃鋼玻璃鋼)汽車汽車,游艇，游艇， 碳纖維增強(qiáng)塑料碳纖維增強(qiáng)塑料飛機(jī)機(jī)翼、高爾夫飛機(jī)機(jī)翼、高爾夫 球棍、球棍、 撐桿跳桿撐桿跳桿金屬金屬陶瓷陶瓷: 飛機(jī)螺旋槳葉飛機(jī)螺旋槳葉 綜合金屬韌性，陶瓷耐綜合金屬韌性，陶瓷耐 高溫性高溫性高分子高分子-高分子高分子: 橡膠增韌塑料橡膠增韌塑料 抗沖抗沖PS ABS樹脂減震材料樹脂減震材料 其它類型其它類型 Biomaterials Biomaterials are employed in components implanted into the hu

22、man body for replacement of diseased or damaged body parts. Advanced materials Materials that are utilized in high-technology (or high-tech) applications are sometimes termed advanced materials. lasers, integrated circuits, magnetic information storage, liquid crystal displays (LCDs), fiber optics,

23、and thermal protection systems for the Space Shuttle Orbiter.p 組成材料的各元素的原子結(jié)構(gòu)，原子間的相互組成材料的各元素的原子結(jié)構(gòu)，原子間的相互作用、相互結(jié)合，原子或分子在空間的排列分布作用、相互結(jié)合，原子或分子在空間的排列分布和運(yùn)動規(guī)律以及原子集合體的形貌特征等。和運(yùn)動規(guī)律以及原子集合體的形貌特征等。 決定材料性能的最根本的原因是什么？決定材料性能的最根本的原因是什么？1-2 材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)概述材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)概述1-2-1 材料的重要作用材料的重要作用 Importance of Materials for the Dev

24、elopment of Human Historyand Science &Technology 材料是人類社會發(fā)展的巨大推動力，制造生產(chǎn)工具材料是人類社會發(fā)展的巨大推動力，制造生產(chǎn)工具的物質(zhì)基礎(chǔ)是材料。的物質(zhì)基礎(chǔ)是材料。 石器時代石器時代陶器時代陶器時代 青銅時代青銅時代 鐵期時鐵期時代代復(fù)合材料復(fù)合材料（圖）（圖）自古以來，材料的發(fā)展水平就是人類社會文自古以來，材料的發(fā)展水平就是人類社會文明程度的標(biāo)志明程度的標(biāo)志.人類文明史劃分依據(jù)人類文明史劃分依據(jù): 當(dāng)時的代表性材料當(dāng)時的代表性材料 石器時代石器時代 銅器時代銅器時代 鐵器時代鐵器時代1. 石石器器石斧石器時代（石器時代（Sto

25、ne Age）:石斧、鑿、刀、鏟、箭頭、石斧、鑿、刀、鏟、箭頭、紡輪、缽等（西安半坡遺紡輪、缽等（西安半坡遺址）址） 陶陶 器器青銅器時代（青銅器時代（Bronze Age）:巨型司母戊鼎巨型司母戊鼎（河南安陽晚商遺址）（河南安陽晚商遺址）湖北江陵楚墓出土越王勾踐寶劍銅 器 編編 鐘鐘鐵器鐵器湖南長沙砂子塘戰(zhàn)國凹形鐵鋤材料的使用和發(fā)展，與生產(chǎn)力材料的使用和發(fā)展，與生產(chǎn)力和科學(xué)技術(shù)的水平密切相關(guān)。和科學(xué)技術(shù)的水平密切相關(guān)。舉例舉例 17641764年工業(yè)革命，第一部機(jī)器（手搖）年工業(yè)革命，第一部機(jī)器（手搖） 17691769年，水力紡紗機(jī)年，水力紡紗機(jī) 17821782年，年，蒸汽機(jī)蒸汽機(jī)為動力

26、的紡紗機(jī)，紡織業(yè)為動力的紡紗機(jī)，紡織業(yè) （動力）（動力） 瓦特發(fā)動機(jī)、傳動機(jī)、工作機(jī)瓦特發(fā)動機(jī)、傳動機(jī)、工作機(jī)機(jī)器系列機(jī)器系列 機(jī)器制造機(jī)器制造 鐵鐵 冶煉業(yè)冶煉業(yè) 木炭木炭大量砍伐；水土流失大量砍伐；水土流失 煤煤 采礦業(yè)采礦業(yè) 攪煉法（鼓風(fēng)）攪煉法（鼓風(fēng)） 煉鋼煉鋼 交通運(yùn)輸業(yè)交通運(yùn)輸業(yè)下一頁下一頁蒸汽機(jī)上一頁上一頁19451945年年 電子管計算機(jī)，幾間大屋電子管計算機(jī)，幾間大屋 半導(dǎo)體半導(dǎo)體集成電路集成電路小型芯片、液小型芯片、液晶、分子器件、計算機(jī)（晶、分子器件、計算機(jī)（PCPC） 手提電腦，掌上電腦手提電腦，掌上電腦Intel 24MB緩存17億晶體管！ 晶體管的主要原料是：鍺、硅

27、半導(dǎo)體材料品種：幾十萬種（手冊中）材料品種：幾十萬種（手冊中）科學(xué)技術(shù)發(fā)展的三大支柱：科學(xué)技術(shù)發(fā)展的三大支柱： 80年代年代 能源、材料、信息能源、材料、信息 90年代信息技術(shù)、新材料、生物技術(shù)年代信息技術(shù)、新材料、生物技術(shù) 高速民航客機(jī)高速民航客機(jī)使用的復(fù)合材料，高比強(qiáng)、代替金屬、重量輕使用的復(fù)合材料，高比強(qiáng)、代替金屬、重量輕耐摩擦、熱氧穩(wěn)定、力學(xué)性能耐摩擦、熱氧穩(wěn)定、力學(xué)性能生物降解材料（環(huán)境保護(hù)）生物降解材料（環(huán)境保護(hù)）計算機(jī)、液晶顯示屏（低電壓）計算機(jī)、液晶顯示屏（低電壓）信息社會要術(shù)各種各樣光、電、磁、聲材料信息社會要術(shù)各種各樣光、電、磁、聲材料各種材料相互替換、復(fù)合、共性、特性，各

28、種材料相互替換、復(fù)合、共性、特性， 納米材料納米材料目前目前下一頁返回返回1-2-2 材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)的范疇和任務(wù)材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)的范疇和任務(wù)（1）學(xué)科建立）學(xué)科建立 Establishment of Material Science and Engineering 1960s 金屬材料金屬材料金相學(xué)金相學(xué)金屬學(xué)金屬學(xué) 無機(jī)材料無機(jī)材料無機(jī)化學(xué)無機(jī)化學(xué)陶瓷學(xué)陶瓷學(xué) 高分子材料高分子材料高分子化學(xué)高分子化學(xué)高分子物理高分子物理(2) (2) 內(nèi)容和任務(wù)內(nèi)容和任務(wù) Contents and ObjectiveContents and Objective 材料科學(xué)：從理論上研究金屬、無機(jī)非金屬和

29、材料科學(xué)：從理論上研究金屬、無機(jī)非金屬和有機(jī)高分子等材料的成分、結(jié)構(gòu)、有機(jī)高分子等材料的成分、結(jié)構(gòu)、 加工工藝同材料加工工藝同材料性能及材料應(yīng)用之間的相互關(guān)系。性能及材料應(yīng)用之間的相互關(guān)系。 材料科學(xué)與工程：關(guān)于材料組成、結(jié)構(gòu)、材料科學(xué)與工程：關(guān)于材料組成、結(jié)構(gòu)、制備制備工藝工藝與其性能及與其性能及使用過程使用過程間相互關(guān)系的知識開發(fā)及間相互關(guān)系的知識開發(fā)及應(yīng)用的科學(xué)應(yīng)用的科學(xué) 學(xué)科性質(zhì)：是介于基礎(chǔ)科學(xué)與應(yīng)用科學(xué)之間的學(xué)科性質(zhì)：是介于基礎(chǔ)科學(xué)與應(yīng)用科學(xué)之間的應(yīng)用基礎(chǔ)科學(xué)應(yīng)用基礎(chǔ)科學(xué)（邊緣學(xué)科）。（邊緣學(xué)科）。使用性能使用性能Performance合成與制備過程合成與制備過程Synthesis

30、and Processing組成與結(jié)構(gòu)組成與結(jié)構(gòu)Compositions and Structures性質(zhì)性質(zhì)Properties（工程）（工程）（化學(xué)）（化學(xué)）（物理學(xué)）（物理學(xué)）研究內(nèi)容研究內(nèi)容科學(xué)性科學(xué)性 a. 從化學(xué)角度出發(fā)，研究材料的化學(xué)組成、鍵性、從化學(xué)角度出發(fā)，研究材料的化學(xué)組成、鍵性、 結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系 b. 從物理角度，闡述材料的組成原子、分子及其運(yùn)從物理角度，闡述材料的組成原子、分子及其運(yùn) 動狀態(tài)與各物性之間的關(guān)系動狀態(tài)與各物性之間的關(guān)系 c. 材料的制備工藝材料的制備工藝技術(shù)性技術(shù)性 d. 材料的性能表征材料的性能表征 e. 材料的應(yīng)用材料的應(yīng)用(3) 材

31、料工程材料工程 Materials Engineering 對于工程技術(shù)人員：如何選擇特定應(yīng)用環(huán)境下需對于工程技術(shù)人員：如何選擇特定應(yīng)用環(huán)境下需要的材料，來滿足使用要求，如何按實(shí)際要求設(shè)計新要的材料，來滿足使用要求，如何按實(shí)際要求設(shè)計新材料，須弄清以下三個關(guān)系材料，須弄清以下三個關(guān)系 （材質(zhì)）（材質(zhì)）材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)與性能材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)與性能 （內(nèi)部形態(tài)）（內(nèi)部形態(tài)）加工工藝與性能加工工藝與性能 （使用環(huán)境，耐久性）（使用環(huán)境，耐久性）材料的性能與使用過程材料的性能與使用過程(4) 材料科學(xué)與材料工程的關(guān)系材料科學(xué)與材料工程的關(guān)系 一般來講，科學(xué)是研究一般來講，科學(xué)是研究“為什么為什么”的學(xué)問，而工

32、程的學(xué)問，而工程是解決是解決“怎么做怎么做”的學(xué)問。材料科學(xué)的基礎(chǔ)理論，的學(xué)問。材料科學(xué)的基礎(chǔ)理論， 為材料工程指明方向，為更好地選擇、使用材料，為材料工程指明方向，為更好地選擇、使用材料， 發(fā)揮現(xiàn)有材料的潛力、發(fā)展新材料提供理論基礎(chǔ)。發(fā)揮現(xiàn)有材料的潛力、發(fā)展新材料提供理論基礎(chǔ)。 材料科學(xué)和材料工程之間的區(qū)別主要在于著眼點(diǎn)的材料科學(xué)和材料工程之間的區(qū)別主要在于著眼點(diǎn)的不同或者說各自強(qiáng)調(diào)的中心不同，它們之間并沒有不同或者說各自強(qiáng)調(diào)的中心不同，它們之間并沒有一條明確的界線，因此，后來人們常常將二者放在一條明確的界線，因此，后來人們常常將二者放在一起，采用一個復(fù)合名詞材料科學(xué)與工程（一起，采用一個復(fù)

33、合名詞材料科學(xué)與工程（MSE，Material Science and Engineering）1-3 本課程的內(nèi)容和學(xué)習(xí)方法本課程的內(nèi)容和學(xué)習(xí)方法1-3-1 內(nèi)容內(nèi)容第一章第一章 緒論緒論 Introduction 材料的定義、分類材料的定義、分類 及基本內(nèi)容及基本內(nèi)容第二章第二章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ) Fundamentals of Material Structure 各類材料結(jié)構(gòu)上的共性基礎(chǔ)、原子分子、聚集各類材料結(jié)構(gòu)上的共性基礎(chǔ)、原子分子、聚集 態(tài)、表面、轉(zhuǎn)變態(tài)、表面、轉(zhuǎn)變第三章第三章 材料的組成及結(jié)構(gòu)材料的組成及結(jié)構(gòu) Compositions and Structures of Materials 從材料的組成入手，闡述各種材料的聚集態(tài)結(jié)從材料的組成入手，闡述各種材料的聚集態(tài)結(jié)